天津大学研究生院2003年招收硕士生入学试题

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考试科目：化工原理（含实验）页数：

一、选择与填空（共30分）

1、如图所示的流动系统，当阀门C的开度增大时，流动系统的总摩擦阻力损失Σhf将，AB管段的摩擦阻力损失Σhf，AB将。（2分）

2、三只长度相等的并联管路，管径的比为1:2:3，若三只管路的流动摩擦系数均相等，则三只管路的体积流量之比为。（2分）: 3 C、1: 24:39 D、1:4:9 A、1:2:3 B、1:

1题附图3题附图

3、如图所示的清水输送系统，两液面均为敞口容器。现用该系统输送密度为1200kg/m3的某溶液（溶液的其他性质与水相同），与输送清水相比，离心泵所提供的压头，轴功率。（2分）

A、增大

B、减小

C、不变

D、不确定

4、如图所示为某流动系统的竖直圆管段部分，当清水的平均流速为50mm/s时（此时管内为层流），管轴心处的某刚性球形固体颗粒由A截面到达B截面的时间为20s；当平均流速为30mm/s时，该固体颗粒在管轴心处由A截面到达B截面的时间为。（2分）

5、板框过滤机采用横穿洗涤法洗涤滤饼，其洗涤操作的特征是：洗液流经滤饼的厚度大约是过滤终点滤饼厚度的倍；洗液流

通面积是过滤面积的倍。（2分）

A、1

B、0.5

C、2

D、4

6、一维稳态温度场傅立叶定律的表达式为。（2分）

7、在传热计算中，平均温度差法往往用于计算，传热单元数法往往用于计算。（2分）

A、设计型

B、核算型

C、设计型和核算型

8、操作中的精馏塔，若保持F、xF、q、R不变，减小W，则L/V ，L’。（2分）

A、减小

B、不变

C、增大

D、不确定

9、在吸收操作中，以液相组成差表示的吸收塔某一截面上的总推动力为。（2分）

A、X*－X

B、X－X*

C、Xi－X

D、X－Xi

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10、板式塔是接触式气液传质设备，操作时为连续相；填料塔是接触式气液传质设备，操作时为连续相。（4分）11、若萃取相和萃余相在脱除溶剂后的组成均与原料液的组成相同，则所用萃取剂的选择性系数。（2分）

A、小于1

B、大于1

C、不确定

D、等于1

12、多级错流萃取的特点是：、和。（3分）

13、常压湿空气由t1加热到t2，则空气的性质参数H2 H1、I2 I1、tW2 tW1。（3分）

A、大于

B、不确定

C、小于

D、等于

二、采用如图所示的输送系统，将水池中的清水（密度为1000kg/m3）输送到密闭高位槽中。离心泵的特性方程为H＝40－7.0×104Q2（式中H的单位为m，Q的单位为m3/s），当压力表的读数为100kPa时，输水量为10L/s，此时管内流动已进入阻力平方区。若管路及阀门开度不变，当压力表读数为80kPa时，试求：

（1）管路的特性方程；（10分）

（2）输水体积流量；（5分）

（3）离心泵的有效功率。（5分）

三、过滤基本方程式为：)('dd12esVVvrpA V+Δ=?μθ

式中V——过滤体积，m3；

θ——过滤时间，s；

A——过滤面积，m2；

Δp——过滤的压差，Pa；

s——滤饼的压缩性指数，无因次；

μ——滤液的粘度，Pa·s；

r’——单位压差下滤饼的比阻，1/m2；

v——滤饼体积与相应滤液体积之比，m3滤饼/m3滤液；Ve——过滤介质的虚拟滤液体积，m3。

试根据该式分析强化过滤操作的途径。（8分）

四、某低粘度流体的流量为10000kg/h，比热容为

4.18kJ/(kg·℃)，生产上要求将该流体由15℃加热到100℃。

现采用的换热器是列管式换热器，其管束由160根管径为φ25mm×2mm的不锈钢管组成。管外的加热热源为110℃的饱和水蒸气，其冷凝对流传热系数为12kW/(m2·℃)。欲完成生产任务，当换热器为单管程时，换热器的长度为4.5m；若将单程改为双管程，而管子的总数不变，试求：

（1）换热器的总传热系数；（10分）

（2）所需换热管的长度。（6分）

（不考虑管壁及可能的污垢热阻，忽略换热器的热损失，并假设流体在管内均呈湍流流动，两种情况下蒸气冷凝对流传热系数相同）

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五、某制药厂用板式精馏塔回收丙酮含量为75％（摩尔％，下同）的废丙酮液媒。该精馏塔共装有28层塔板，塔顶采用全凝器，泡点回流；塔底采用再沸器间接加热。因在常压下操作，该分离物系可视为二元理想物系，其平均相对挥发度为1.8。现场测得一组数据如下：

馏出液中丙酮的含量96％釜残夜中丙酮的含量5％

精馏段液相的负荷40kmol/h 精馏段气相的负荷60kmol/h

提馏段液相的负荷66kmol/h 提馏段气相的负荷60kmol/h

试根据以上数据核算：

（1）丙酮的回收率；（5分）

（2）操作回流比与最小回流比的比值；（8分）

（3）该板式塔的总板效率。（7分）

提示：吉利兰图中的曲线可用下式表示，即：

Y＝0.5458－0.5914X＋0.0027／X

其中1min+?=RRRX，2min+?=NNNY

六、在直径为1.2m的填料吸收塔中，拟装填3m高的DN25塑料阶梯环填料，该填料的比表面积为228m2/m3，在该填料吸收塔中用纯溶剂吸收某混合气体中的溶质组分。已知入塔混合气体的流量为40kmol/h，溶质的含量为0.06（摩尔分数）；溶质的吸收率为95％；操作条件下的气液平衡关系为Y＝2.2X（X、Y均为摩尔比）；溶剂用量为最小用量的1.5倍；气相总吸收系数为0.35kmol/(m3·h)。试通过计算判断拟装填的填料高度能否达到分离要求。（注：填料的有效比表面积可近似取为填料比表面积的90％）（15分）

七、在一常压逆流干燥器中，用热空气将某湿物料的含水量由8％干燥至0.5％（均为湿基）；干燥介质为20℃的湿空气，经预热器后被加热到90℃，其中所含水汽的分压为0.98kPa，离开干燥器废气的温度为45℃。假设本干燥过程为理想干燥过程。

（1）计算空气经过干燥器的湿度变化量；（8分）

（2）若向干燥系统提供的热量为500kW，计算湿物料的处理量。（8分）（大气压取为101.3kPa）

八、实验部分（共25分）